Моделирование обжатия стального каната

[Valery-Moscow]

Моделирование обжатия стального каната

"экзотика" этой задачи в том, что к-т трения задается как функция
1. нормального давления в контактах и
2. пластических деформаций сдвига в плоскостях контактов

Матрица для обжатия - жесткое тело
Все остальные "детали" - изотропное упрочнение, ассоциированный закон течения

Ссылка для скачивания файлов:

http://fayloobmennik.cloud/7349757

http://fayloobmennik.cloud/7349758

[FuG4s]

Не возможно скачать. Зараженные файлы. Используйте другой файлообменник.

[Valery-Moscow]

никаких вирусов нет - проверено

какой другой файлообенник?

[FuG4s]

Вот оно...

[Valery-Moscow]

Вы что хотите?

[FuG4s]

Вы что хотите?

Залейте на другой файлообменник: яндекс.диск,майл облако и т.д.

[Grinka]

Моделирование обжатия стального каната

"экзотика" этой задачи в том, что к-т трения задается как функция
1. нормального давления в контактах и
2. пластических деформаций сдвига в плоскостях контактов

Матрица для обжатия - жесткое тело
Все остальные "детали" - изотропное упрочнение, ассоциированный закон течения

Ссылка для скачивания файлов:

http://fayloobmennik.cloud/7349757

http://fayloobmennik.cloud/7349758

Вот ни одного слова не понял.
Воскресенье дает себя знать...

[Valery-Moscow]

https://cloud.mail.ru/public/CS3f/FjfDpVgJs

https://cloud.mail.ru/public/goyh/LGoxsZSSA

[Lotos82]

Крутотень. В кокой программе моделировалось?

[FuG4s]

Ну,а теперь сделайте вывод об эксперименте. Интересно послушать.

[Valery-Moscow]

Крутотень. В кокой программе моделировалось?

не важно какая программа

я не хочу заниматься рекламой программ

[Valery-Moscow]

задали вопрос по задаче: Для чего эта задача?

отвечаю:
это фрагмент соединения высоковольтных проводов
о реальной ситуации с прочностью таких соединений никто толком ничего не знает....
вот один завод решил эти вопросы хоть как-то для себя прояснить

геометрия обжимающей матрицы, обжимающие усилия и пр.. - все это принималось когда-то , кем-то... и так далее = в общем "на уровне интуиции" и вероятно каких-то экспериментов....

кроме того , это соединение нагревается.... иногда до 300 градусов.... свойства материалов в этом случае меняются значительно....... = что там происходит "внутри" с распределением напряжений после нагрева -  никто не знает...

так же актуальны вопросы ползучести в условиях "меняющейся" температуры - неизотермические условия

[Valery-Moscow]

несколько инженеров просили уточнить цели и задачи - по данной задаче:

приведу лишь фрагмент из первого этапа отчета, где тезисно описано то - что сейчас решается...

*** к сожалению что-либо еще публиковать не могу - все же обещал заказчику результаты расчетов и экспериментов не передавать и не публиковать


Выводы, замечания, предложения по первому этапу расчетов.

1)   Продолжением данного расчета могут быть следующие «нагружения»:

a)   - после того как выполнено численное моделирование процесса опресовки, можно задать продольное усилие в тросе – нагрузку задавать по шагам, таким образом можно будет получить предельное значение усилия – которое выдерживает данное соединение – БЕЗ УЧЕТА НАГРЕВА от проходящего тока – т.е. в «холодном» состоянии.
   Как подраздел этой группы расчетов, можно предложить много иных практических вопросов – важных для качества соединения, в частности:

i)   оптимизацию формы обжимной матрицы – геометрическую форму – размеры

ii)   технологию выполнения обжима – величину обжимающего усилия, последовательность обжима, направление обжима

и так далее...


b)   Далее можно будет задать прохождение тока и получить распределение температуры в проводах и соединении проводов с учетом стационарного,
условно стационарного и нестационарного «теплосъема» с поверхности проводов и соединения за счет задания и\или вычисления к-та теплоодачи на поверхностях, задавая все свойства материала как функции температуры.

   Результатом этого расчета будут данные о распределении плотности тока, направлениях течения тока, температурного поля , температурных источников и градиента температуры – эта информация позволит проанализировать качество соединения с точки зрения «добростности» прохождения тока , а так же равномерности температурного поля и суммарного кол-ва тепла.
   Следует помнить, что повышение температуры не только снижает прочность металлов, но и повышает сопротивление прохождению тока – т.е. повышает кол-во выделяемого тепла.


c)   Можно выполнить термопрочностной расчет соединения с учетом полученных температурных полей, задавая все свойства материала как функции температуры.
   Таким образом можно получить предельное значение усилия – которое выдерживает данное соединение – С УЧЕТОМ НАГРЕВА от проходящего тока – т.е. в «горячем\рабочем» состоянии.


d)   Учитывая что провода все время находятся в «растянутом» состоянии –
т.е. продольное растяжение постоянно – крайне важно выполнение прочностного  расчета с учетом накопления усталостных разрушений, в неизотермических условиях – существование температурного поля, которое меняется в зависимости от времени года, величина протекающего тока
(в том числе и отключения тока на какое-то время) и скорости ветрового потока.

 
e)   Судя по публикация в иностранной печати, проведение расчетов на малоцикловую и многоцикловую усталость для соединений
в неизотерминческих условиях, так же являются весьма важными,
поскольку в реальности – на провода постоянно действует ветровой поток – полигармоническая, знакопеременная нагрузка.


f)   Судя по публикация в иностранной печати, важным фактором влияющим на долговечность и качество соединения проводов, является электро-химическая коррозия – эти процессы так же можно численно моделировать, учитывая напряженно-деформированное состояние, наличие и изменение температурного поля и пр...



   На основании изучения полученных результатов численного моделирования процесса обжатия, можно отметить следующее:

2)   Большие усилия, которые прикладываются к деформированию «жесткой» муфты, на самом деле не приносят желаемого результата, так как:

a)   Напряжения\деформации в проводах после обжима муфты неравномерные по сечениям и неравномерно распределенными между проводами.

b)   Площади контакта остаются «небольшими» и неравномерно распределенными по поверхностях проводов и муфты.

c)   Напряжения по площадям контактов так же неравномерные и неравномерно распределенными между проводами.

d)   Большие неравномерные пластические деформации металла проводов и муфты являются не благоприятными , с точки зрения сохранения постоянных прочностных/деформационных характеристик соединения.

e)   Деформация муфты «не рациональна» и не равномерна, как по длине, так и по сечению.

и так далее..., т.е. в настоящее время дать  достоверный прогноз о надежности и долговечности соединения «сложно».


 
3)   Возможные варианты изменений\усовершенствований данного метода соединений проводов:

a)   Перечислю желаемые свойства данного соединения:

i)   Усилия обжания муфты желательны «не большие».

ii)   Обжатие муфты должно быть максимально равномерным\симметричным.

iii)   Величины пластических деформаций в проводах и в муфте должны быть как можно меньше.

iv)   Величины пластических деформаций должны быть как можно более равномерно распределены по сечению проводов\муфты и по их длине.

v)   Площади контакта должны быть как можно больше.

vi)   Коэффициент трения между контактирующими поверхностями должен быть как можно больше.

vii)   Сопротивление прохождению тока должно быть минимальным и иметь стабильное значение в процессе эксплуатации.

viii)   Температурное поле должно быть максимально равномерным по сечению и длине соединения.

ix)   Коэффициент теплоотдачи на поверхностях должен быть максимально большим, с целью снижения величины температуры в соединении.

 
b)   Способы «улучшения» конструкции соединения проводов САС:

i)   Форма и размеры инструмента для обжатия нужно изменить – оптимизировать.

ii)   Возможно что обжатие нужно проводить по этапно и не сразу на 100%.

iii)   В «пустоты» между проводами и в «пустоты» между проводами и муфтой можно вставлять куски провода (круглого сечения) из алюминия или из более «мягкого» железа чем проволока и муфта.
   За счет значительного увеличения площади контактов, деформация муфты станет более равномерной и весьм вероятно, что для создания такого же сцепления (несущей способности) – потребуется меньшее усилия обжатия муфты и меньшая деформация муфты и проводов.
   Заполнение пустот между проводам, позволит «улучшить» конструкцию.
   Снизить обжимающее усилие , увеличить площади поверхностей контакта = увеличить доспустимое продольное усилие в проводе, сохрать структуру металла в менее деформированном состоянии и  пр..
   Увеличение поверхности контактов за счет «вставок» - улучшит «проводимость» соединения:
- уменьшит плотность тока
- уменьшит кол-во выделяемого тепла
- как следствие вышенаписанного, увеличится несущая способность и надежность соединения.
   
iv)   В «пустоты» между проводами и в «пустоты» между проводами и муфтой можно вставлять куски провода (не круглого сечения) из алюминия или из более «мягкого» железа чем проволока и муфта.
   Сечения эти «вставок» должны иметь ту же форму пустот – куда их будут вставлять.
   Такое изменение должно еще больше повысить прочность и надежность соеденения.

v)   Можно надевать на конец проводов спецальную обойму – аналогичную барабану в револьвере под патроны.
   На торце, обойма должна иметь достаточно длинный участок сплошного сечения, что бы было достаточно надежное сцепление с муфтой.
   Тогда муфта будет обжимать проволоки через эту обойму.
   Вероятно материал обоймы должен быть несколько «мягче» чем материалы муфты и проволоки.

vi)   Стремясь повысить площади контакта , увеличить силы трения на поверхностях контактов, а так же увеличить «зацепление» между деформированными поверхностями контакта .
   В то же время желательно минимизировать пластические деформации, как в муфте, так и проводах – так как большие пластические деформации сдвига могут ухудшить кристаллическую структуру металла и тем самым снизить прочность и спровоцировать появление микротрещин и дефектов в кристаллической решетке.

[FuG4s]

несколько инженеров просили уточнить цели и задачи - по данной задаче:

приведу лишь фрагмент из первого этапа отчета, где тезисно описано то - что сейчас решается...

*** к сожалению что-либо еще публиковать не могу - все же обещал заказчику результаты расчетов и экспериментов не передавать и не публиковать


Выводы, замечания, предложения по первому этапу расчетов.

1)   Продолжением данного расчета могут быть следующие «нагружения»:

a)   - после того как выполнено численное моделирование процесса опресовки, можно задать продольное усилие в тросе – нагрузку задавать по шагам, таким образом можно будет получить предельное значение усилия – которое выдерживает данное соединение – БЕЗ УЧЕТА НАГРЕВА от проходящего тока – т.е. в «холодном» состоянии.
   Как подраздел этой группы расчетов, можно предложить много иных практических вопросов – важных для качества соединения, в частности:

i)   оптимизацию формы обжимной матрицы – геометрическую форму – размеры

ii)   технологию выполнения обжима – величину обжимающего усилия, последовательность обжима, направление обжима

и так далее...


b)   Далее можно будет задать прохождение тока и получить распределение температуры в проводах и соединении проводов с учетом стационарного,
условно стационарного и нестационарного «теплосъема» с поверхности проводов и соединения за счет задания и\или вычисления к-та теплоодачи на поверхностях, задавая все свойства материала как функции температуры.

   Результатом этого расчета будут данные о распределении плотности тока, направлениях течения тока, температурного поля , температурных источников и градиента температуры – эта информация позволит проанализировать качество соединения с точки зрения «добростности» прохождения тока , а так же равномерности температурного поля и суммарного кол-ва тепла.
   Следует помнить, что повышение температуры не только снижает прочность металлов, но и повышает сопротивление прохождению тока – т.е. повышает кол-во выделяемого тепла.


c)   Можно выполнить термопрочностной расчет соединения с учетом полученных температурных полей, задавая все свойства материала как функции температуры.
   Таким образом можно получить предельное значение усилия – которое выдерживает данное соединение – С УЧЕТОМ НАГРЕВА от проходящего тока – т.е. в «горячем\рабочем» состоянии.


d)   Учитывая что провода все время находятся в «растянутом» состоянии –
т.е. продольное растяжение постоянно – крайне важно выполнение прочностного  расчета с учетом накопления усталостных разрушений, в неизотермических условиях – существование температурного поля, которое меняется в зависимости от времени года, величина протекающего тока
(в том числе и отключения тока на какое-то время) и скорости ветрового потока.

 
e)   Судя по публикация в иностранной печати, проведение расчетов на малоцикловую и многоцикловую усталость для соединений
в неизотерминческих условиях, так же являются весьма важными,
поскольку в реальности – на провода постоянно действует ветровой поток – полигармоническая, знакопеременная нагрузка.


f)   Судя по публикация в иностранной печати, важным фактором влияющим на долговечность и качество соединения проводов, является электро-химическая коррозия – эти процессы так же можно численно моделировать, учитывая напряженно-деформированное состояние, наличие и изменение температурного поля и пр...



   На основании изучения полученных результатов численного моделирования процесса обжатия, можно отметить следующее:

2)   Большие усилия, которые прикладываются к деформированию «жесткой» муфты, на самом деле не приносят желаемого результата, так как:

a)   Напряжения\деформации в проводах после обжима муфты неравномерные по сечениям и неравномерно распределенными между проводами.

b)   Площади контакта остаются «небольшими» и неравномерно распределенными по поверхностях проводов и муфты.

c)   Напряжения по площадям контактов так же неравномерные и неравномерно распределенными между проводами.

d)   Большие неравномерные пластические деформации металла проводов и муфты являются не благоприятными , с точки зрения сохранения постоянных прочностных/деформационных характеристик соединения.

e)   Деформация муфты «не рациональна» и не равномерна, как по длине, так и по сечению.

и так далее..., т.е. в настоящее время дать  достоверный прогноз о надежности и долговечности соединения «сложно».


 
3)   Возможные варианты изменений\усовершенствований данного метода соединений проводов:

a)   Перечислю желаемые свойства данного соединения:

i)   Усилия обжания муфты желательны «не большие».

ii)   Обжатие муфты должно быть максимально равномерным\симметричным.

iii)   Величины пластических деформаций в проводах и в муфте должны быть как можно меньше.

iv)   Величины пластических деформаций должны быть как можно более равномерно распределены по сечению проводов\муфты и по их длине.

v)   Площади контакта должны быть как можно больше.

vi)   Коэффициент трения между контактирующими поверхностями должен быть как можно больше.

vii)   Сопротивление прохождению тока должно быть минимальным и иметь стабильное значение в процессе эксплуатации.

viii)   Температурное поле должно быть максимально равномерным по сечению и длине соединения.

ix)   Коэффициент теплоотдачи на поверхностях должен быть максимально большим, с целью снижения величины температуры в соединении.

 
b)   Способы «улучшения» конструкции соединения проводов САС:

i)   Форма и размеры инструмента для обжатия нужно изменить – оптимизировать.

ii)   Возможно что обжатие нужно проводить по этапно и не сразу на 100%.

iii)   В «пустоты» между проводами и в «пустоты» между проводами и муфтой можно вставлять куски провода (круглого сечения) из алюминия или из более «мягкого» железа чем проволока и муфта.
   За счет значительного увеличения площади контактов, деформация муфты станет более равномерной и весьм вероятно, что для создания такого же сцепления (несущей способности) – потребуется меньшее усилия обжатия муфты и меньшая деформация муфты и проводов.
   Заполнение пустот между проводам, позволит «улучшить» конструкцию.
   Снизить обжимающее усилие , увеличить площади поверхностей контакта = увеличить доспустимое продольное усилие в проводе, сохрать структуру металла в менее деформированном состоянии и  пр..
   Увеличение поверхности контактов за счет «вставок» - улучшит «проводимость» соединения:
- уменьшит плотность тока
- уменьшит кол-во выделяемого тепла
- как следствие вышенаписанного, увеличится несущая способность и надежность соединения.
   
iv)   В «пустоты» между проводами и в «пустоты» между проводами и муфтой можно вставлять куски провода (не круглого сечения) из алюминия или из более «мягкого» железа чем проволока и муфта.
   Сечения эти «вставок» должны иметь ту же форму пустот – куда их будут вставлять.
   Такое изменение должно еще больше повысить прочность и надежность соеденения.

v)   Можно надевать на конец проводов спецальную обойму – аналогичную барабану в револьвере под патроны.
   На торце, обойма должна иметь достаточно длинный участок сплошного сечения, что бы было достаточно надежное сцепление с муфтой.
   Тогда муфта будет обжимать проволоки через эту обойму.
   Вероятно материал обоймы должен быть несколько «мягче» чем материалы муфты и проволоки.

vi)   Стремясь повысить площади контакта , увеличить силы трения на поверхностях контактов, а так же увеличить «зацепление» между деформированными поверхностями контакта .
   В то же время желательно минимизировать пластические деформации, как в муфте, так и проводах – так как большие пластические деформации сдвига могут ухудшить кристаллическую структуру металла и тем самым снизить прочность и спровоцировать появление микротрещин и дефектов в кристаллической решетке.

Спасибо за разъяснение.
И еще вопрос,почему нельзя использовать сварку\спайку проводов? а потом последующее обжатие с небольшим усилием?

[Valery-Moscow]

увы.... я не могу сейчас точно назвать причины, по которым нельзя осуществлять соединение иным способом
вероятно причин много и я могу лишь догадываться...

ну на пример: соединение нужно производить при любой погоде, тем более в "полевых условиях"

по проводам проходит ток - величина тока весьма высока - малейший дефект сварки будет причиной огромного тепловыделения

и так далее....

[Helicoid]

Я так понял в расчете заложена и нарисована однопроволочная жила (семь монолитных не скрученных проводников)?  Но в описании упоминается что это прессуемый зажим САС, то есть для сталеалюминиевых проводов. Еще говориться что этот зажим для канатов (тросов), но они как минимум одинарной свивки. Разве такой расчет корректен без учета переплетения "проволочек"?

[Valery-Moscow]

я расчетчик = мне что дали, то я и решил...

*** кстати, никто кроме меня эту задачу решить не смог - а её многим предлагали.....

на сколько я понял заказчика, есть соединение без переплета троволок несущего стального сердечника

[Helicoid]

Вы используете термины "тросс", "канат" , а это определенные понятия, что сбивает с толку. Т.е. в этом расчете семь жил из стали являются проводником? А что является критерием правильности решения, в этой конкретной задаче?

[Valery-Moscow]

я не специалист по проектированию тросов и канатов = поэтому термины возможно использую не те что нужно

это МОДЕЛЬНАЯ задач, которую мне предложили решить - потому что уже не верили что её можно вообще решить....

*** более 1,5 лет разные люди пытались эту задачу решить = так мне сказал заказчик

для данной модельной задачи критерием является предельное значение нагрузки - растягивающее усилий,
которое повышалось на экспериментальном стенде

мое решение совпало с экспериментом с разницей 28% = это ОЧЕНЬ хорошее совпадение, так как:

1. точных данных по пластичности используемых сплавов у заказчика не было - я взял из данных в статьях

2. никаких данных о к-те трения у заказчика тоже не было, а между тем - к-т трения тут зависит от нормального давления между контактирующими поверхностями = т.е. это нелинейная зависимость = её пришлось тоже задавать "по аналогии" из статей иностранных инженеров

[Helicoid]

Все таки проводник из  одной стали, странно.. Я думаю дали Вам упрощенную модель этого провода. Потому что нарисовать реальный провод  непростая задача. А эксперименты проводили, естественно, на проводах по ГОСТ или ТУ.